第五章 SoC设计与测试.pptVIP

第五章 SoC设计与测试 主要内容 引言 SoC技术的关键内容 SoC设计方法 SoC建模语言SystemC SoC设计工具 SoC测试 5.1、引言 SoC是系统级集成，将构成一个系统的软/硬件集成在一个单一的IC芯片里，它一般包含片上总线、MPU核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、D/A、RTOS内核、网络协议栈、嵌入式实时应用程序等模块，同时，它也具有外部接口，如外部总线接口和I/O端口。通常，SoC中包含的一些模块是经过预先设计的系统宏单元部件（Macrocell）或核（Cores） ，或者例程（Routines），称为IP模块，这些模块都是可配置的，因此，基于SoC的设计方法学也称为基于IP的嵌入式系统设计方法学。 目前随着IP模块应用的日益深入，相应的标准化工作也已提上日程。1996年以后，RAPID（Reusable APplicatin-specific Intellectual-property Developers）、VSIA（Virtual Socket Interface Alliance）等组织相继成立，协调并制订IP复用所需的参数、文档、检验方式等形式化的标准，以及IP标准接口、片内总线等技术性的标准。虽然这些工作已经开展了几年，也制订了一些标准，但至今仍有大量问题需要解决，如不同嵌入式处理器协议的统一、不同IP片内结构的统一等，都是十分复杂的问题。 建立在IP核基础上的SoC芯片设计技术，使设计从电路设计转向了系统设计，设计的重心将从今天的逻辑综合、门级布局布线、电路模拟转向系统级模拟和软/硬件联合仿真/验证以及若干IP核组合在一起的物理设计，同时，使得SoC设计向两极分化：一方面是系统级设计，利用IP核设计高性能、复杂的专用系统芯片；另一方面是在超深亚微米条件下IP核的研制，其中包括从最基本的单元电路到具有一定规模的MPU、MCU以及CPU核的物理层设计，使IP核的性能更好并可预测。 基于SoC的设计方法学代表了一种“参数化的SoC设计方法”，在这种方法中，开发一个应用时，首先选择一个已存在的参考设计，包含MPU核等模块，然后设置这些部件的可编程部分（如写软件或调整参数值），接着执行设计，验证功能，最后产生最终的SoC芯片。由于SoC在体积、功耗、性能、功能、可靠性等方面具有优势，是嵌入式系统今后发展的一个重要方向。 5.2、 SoC技术的关键内容 集成电路的不断发展，从根本上保证了集成系统性能和性价比的不断提高，这是因为MOS沟道长度缩小可以提高IC的速度，同时缩小MOS沟道长度和宽度可以减少器件尺寸，提高集成度，从而在芯片上集成更多数目的晶体管，将结构复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上，使SoC技术得以实现，使系统的速度、可靠性大大提高，价格大幅下降。由于片内信号延迟总小于芯片间的信号延迟，器件尺寸缩小后，即使器件本身的性能没有提高，整个系统的性能也会大幅提高。 可见，SoC是集成电路技术发展到深亚微米时代的必然产物和未来IC发展的趋势。但必须认识到Moore定律是一面双刃剑，一方面IC密度的成倍增加，使更多的产品功能、更好的性能得以实现，从而使产品具有更大的优势，最终使掌握高密度IC或SoC设计技术的国家和企业占得更大的市场份额；另一方面，采用传统的EDA工具、IC设计方法和方式，难以完成上亿个晶体管密度IC或SoC的开发。因此，呼吁新的IC或SoC开发模式。 与一般的IC设计不同，SoC不是简单地将过去的设计在同一个芯片上简单的集成，需要考虑许多新的技术问题，目前围绕SoC芯片的开发展开了多环节、多学科领域技术的研究，这些统称为SoC关键技术。下面对这些技术分别加以阐述。 （1）?SoC芯片系统设计方法 由于SoC芯片的复杂度大大提高，以及IC产业链向分工逐步细化的方向发展等原因，传统的IC自下向上（Down-to-Top）方法已不适合SoC芯片的设计。目前业界推崇使用自上而下（Top-to-Down）的SoC设计方法，但Top-to-Down是一种理想化的系统设计方法，其相关的支撑技术还处在不断发展和完善的过程中，因而在芯片的实际研发时，根据具体情况需要灵活使用Top-to-Down方法。 （2）使用C语言进行系统建模或算法级仿真 在IC设计时，HDL使用频率最高。但现在HDL只能进行行为级（功能级）或RTL描述，还无法对复杂系统抽象描述。C/C++语言具有灵活、移植性好、普及率高、可重复性好和模拟能力强等优点，并可交叉编译到MPU或DSP中，进行实时